A técnica de Microbalança de Cristal de Quartzo (QCM) tem sido utilizada para a aplicação em biossensores. Esta técnica consiste no monitoramento da freqüência de oscilação do cristal de quartzo e a variação de freqüência está relacionada com a variação de massa na superfície do cristal por meio da equação de Sauerbrey. Porém, sabe-se que há discrepância entre a massa calculada pela equação de Sauerbrey e a massa real aderida na superfície do cristal de quartzo, sendo tal discrepância causada por fatores tais como a viscoelasticidade, o que é especialmente observado para macromoléculas e sistemas biológicos. Com a técnica de Admitância Eletroacústica (AE) é possível analisar a massa real devido à análise em separado dos parâmetros que compõem o circuito equivalente do cristal de quartzo e também inferir informações sobre a estrutura das monocamadas montadas sobre a superfície do cristal de quartzo. Neste trabalho foi utilizada técnica de AE para se potencializar e detalhar o estudo da formação de monocamadas automontadas e interações entre diferentes proteínas e carboidratos. Em muitos casos verificou-se que durante a formação de determinadas monocamadas, grande parte da variação de massa estava relacionada a interações fracas e não-específicas. Também durante a formação das monocamadas de tióis de cistamina, verificou-se que a estrutura da monocamada é extremamente dependente das concentrações iniciais de cistamina utilizadas para formar a monocamada. As interações entre proteínas e carboidratos foram realizadas após formação de multicamadas nas quais as proteínas eram imobilizadas para depois estudar-se, então, sua interação com carboidratos específicos. No caso da Jacalina, um tipo de lectina, observou-se interações bastante específicas com a fetuína e interações fracas com a alfa-lactose. A atividade da enzima GumH também foi testada com sucesso utilizando a técnica de AE. / The Quartz Crystal Microbalance (QCM) has been largely used for biosensor applications. This technique consists on monitoring quartz crystal oscillation frequency. The relationship of quartz crystal frequency variation with mass deposited on the crystal surface is described by Sauerbrey´s equation. However, the relationship is not directly inferred and discrepancy exists caused mainly by viscoelasticity features of mass adsorbed on the quartz crystal surface. The viscoelastic influence is very common to be observed especially for macro-molecules and biological systems. By using Electroacoustic Admittance (EA) technique it is possible to calculate and separate the real mass deposited over the quartz crystal from other contributions. Therefore, the EA was used to infer about self-assembly monolayer structure being deposited over the quartz crystal. In this work EA technique was used to study details of self-assembled monolayer formation and specific interactions between different proteins and carbohydrate molecules. It was observed that during monolayer formation the majority of mass variation was related to non-specific interactions. For instance, regarding cystamine monolayer formation it was observed that the monolayer structure is dependent on the cystamine concentrations in the liquid medium. The study of interactions between proteins and carbohydrates was conducted by means of multilayers approach in which the proteins are immobilized previously to study the interaction between its active sites and carbohydrates. In the specific case of Jacalin, a type of lectin, it was observed a large formation of specific bonding between this protein and alpha-lactose or fetuin. The GumH enzyme activity was also tested successfully by using of EA technique.

Orientador: Lauro Tatsuo Kubota / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-06T00:45:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalhal_RafaelaFernanda_M.pdf: 708037 bytes, checksum: ed89f8b11b63131a7f452b5191b27432 (MD5) Previous issue date: 2005 / Mestrado / Quimica Analitica / Mestre em Química

Neste trabalho foram estudadas as interações entre os corantes ciânicos com dois cromóforos (BCD) e monocamadas de Langmuir de fosfolipídio (DPPC). Devido ao alto coeficiente de absorção molar da luz na região ? > 600 nm, ao alto rendimento quântico do estado tripleto, à alta fotocitotoxicidade e à alta afinidade com estruturas celulares os BCD são promissores para serem utilizados em terapia fotodinâmica. Os estudos das características da interação de BCD com a monocamada são importantes tanto para esclarecer os efeitos estruturais na interação de monocamadas com outras moléculas quanto para suas aplicações em terapia fotodinâmica e em outras áreas tecnológicas tais como nanoeletrônica, fotônica etc. As isotermas de pressão superficial (?-A) obtidas mostram que os BCD e as monocamadas interagem, pois as isotermas (?-A) se expandem conforme é aumentado à porcentagem de BCD. Esta interação é dependente tanto da estrutura do BCD quanto da força iônica da subfase. A partir das isotermas (?-A) foi obtido o módulo de compressibilidade (Cs-1 = -A (??/?A) das monocamadas, do qual foram analisadas, de maneira mais detalhada, as modificações da monocamada de DPPC devido à presença dos BCD. Estas modificações compreendem o aparecimento da fase líquida expandida (LE) e formação dos domínios antecipada em comparação com a monocamada de DPPC puro. Foi observado que a área mínima por molécula e a elasticidade da monocamada na fase condensada (C) aumentam juntos com a porcentagem dos BCD. Na presença de BCD 180º as isotermas de potencial superficial (?V-A) sofrem uma expansão, no entanto, o valor máximo do potencial permanece nalterado. Isto indica que os BCD estimulam (antecipam) a orientação das moléculas de DPPC na interface ar-água e, consequentemente, a co-orientação das cabeças polares do DPPC, mas não contribuem no potencial superficial. Foi observado que a presença de NaCl na subfase aumenta o efeito dos BCD na formação da monocamada DPPC. Acreditamos que este efeito sinérgico é devido às interações mútuas dos ânions Cl- com a carga positiva do grupo trimetilamônio da cabeça polar do DPPC e das cargas positivas do BCD com a carga negativa do grupo fosfato do DPPC. As imagens obtidas pela microscopia de ângulo de Brewster mostram, em concordância com a análise das isotermas de pressão (?-A) e de potencial (?V- A), que a formação dos domínios, e conseqüentemente da monocamada, é antecipada na presença de BCD. Entretanto, a presença do BCD não altera o formato dos domínios, mas diminui seu tamanho. A análise realizada sobre os espectros de absorção óptica mostrou que os BCD podem formar agregados tipos H na monocamada e não foram observados agregados tipo J. Baseando-se na análise do efeito da estrutura dos BCD, na interação com a monocamada, e dos espectros de absorção propusemos dois modelos de interação dos BCD com a monocamada e acreditamos que o seguinte modelo é a melhor modelagem do sistema: - BCD se inseri na monocamada, paralelamente ao eixo da molécula de DPPC, interagindo tanto com a cauda hidrofóbica quanto com a cabeça polar. Entretanto, os resultados obtidos não permitem excluir completamente o segundo modelo proposto, no qual o BCD se localiza na parte polar da monocamada, perpendicular ao eixo da molécula de DPPC. / In this work the interaction of cyanine dyes with two chromophores with the DPPC phospholipid Langmuir monolayers was studied. Due to their high optical absorption in the region ? > 600 nm, high triplet state quantum yields, high photocytotoxicity and high affinity with cell structures the BCD are promising for application in photodynamic therapy. The study of the interaction of BCD with monolayers is important to clarify the structural effects on the monolayer interaction with other molecules as well as for application in photodynamic therapy and in other fields of technology, such as nanoelectronics, photonics, etc. The superficial pressure isotherms (?-A) demonstrate that BCD do interact with monolayers, the (?-A) isotherms being expanded when the BCD relative content increases. This interaction depends on the BCD structure and the subphase ionic strength, as well. The curves of the compressibility module (Cs-1 = -A (??/?A) of the monolayers were obtained from the (?-A) isotherms, which were used for detailed analysis of the DPPC monolayer formation in the BCD presence. The analysis demonstrated that the monolayer expanded liquid phase and the domain were formed earlier in the BCD presence than for pure DPPC. It was observed that both the minimum area per molecule and the condensed phase elasticity increased when the BCD relative content increased. In the presence of BCD 1800 the superficial potential isotherms (?V-A) were expanded, but the maximum potential value was unchanged. This indicates that BCD stimulated the DPPC molecule orientation on the air-water interphase and, consequently, the co-orientation of the DPPC polar heads, but did not contribute itself in the surface potential. It was observed that NaCl in the subphase increased the BCD effects on the DPPC monolayer formation. We suppose that this synergetic effect is due to the mutual interaction of Cl- anions with positive charges of the trimethylammonium group of the DPPC polar head and that of positive BCD charges with its phosphate group negative charges. Images obtained with the Brewster microscopy confirmed that BCD stimulated the domain and, consequently, the monolayer formation in accordance with the (?-A) and (?V-A) analysis. At the same time the BCD did not change the domain geometry, but reduced their sizes. The analysis of the BCD optical absorption spectra demonstrate that the BCD molecules in the monolayer form H aggregates and no J aggregates were observed. Basing on the analysis of the BCD structure effects on the monolayer formation we can propose two models of the BCD - monolayer interaction and we believe that the follow model is better: - the BCD molecule is inserted in the monolayer interior being parallel with the DPPC molecule axis and interacting with both hydrophobic and polar DPPC parts; However, our data are not sufficient to exclude completely the possibility for the BCD molecule to be localized just in the polar head monolayer part being perpendicular to the DPPC molecule axis.

Muitas aplicações biológicas da quitosana dependem de sua interação com membranas celulares, cujo mecanismo não é conhecido em nível molecular. Nesta tese, empregam-se filmes de Langmuir dos fosfolipídios dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC), dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e ácido dimiristoil fosfatídico (DMPA) para mimetizar a membrana, e é avaliada a influência dos grupos hidroxila e amino de quitosana nas propriedades dos filmes. Para tanto, O-acilquitosanas foram produzidas por meio de reação de acilação, gerando os derivados 3,6 - O,O\'- dietanoilquitosana (DEQUI) e 3,6 - O,O\'- dipropanoilquitosana (DPPQUI) solúveis em solução aquosa ácida, e 3,6 - O,O\'- dimiristoilquitosana (DMQUI) e 3,6 - O,O\'- dipalmitoilquitosana (DPQUI), solúveis em clorofórmio. DEQUI e DPPQUI afetam mais fortemente as isotermas de pressão de superfície e elasticidade dos filmes do que quitosana, sendo os efeitos de DPPQUI (mais hidrofóbico) maiores do que para DEQUI. Isso indica que ligações hidrogênio envolvendo as hidroxilas da quitosana não são essenciais na interação. Espectros no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS) confirmaram interações hidrofóbicas, com penetração dos derivados entre as moléculas de fosfolipídio. DEQUI causa mais ordenamento das cadeias do fosfolipídio, enquanto o efeito de DPPQUI é oposto. DMQUI e DPQUI formam filmes de Langmuir altamente compactados com agregação de moléculas, inferida das isotermas de pressão e potencial de superfície. Os resultados sobre a influência dos grupos amino foram inconclusivos, pois o comportamento atrativo entre os materiais pode ser devido tanto à existência de grupos com cargas opostas, quanto interações hidrofóbicas. Quitosanas com diferentes massas moleculares (alta - QAMM e baixa - QBMM) foram utilizadas para obter informações sobre a orientação dos grupos químicos da quitosana e fosfolipídios e conformação do polímero em solução. Espectros PM-IRRAS indicam maior efeito de QBMM em monocamadas de DPPG, provocando diminuição na intensidade e deslocamento para maiores números de onda das bandas de CH, inversão na orientação do grupo P=O do DPPG e maior intensidade da banda amida II, sugerindo maior densidade desses grupos na interface. Os espectros de geração de soma de frequência (SFG) mostraram diminuição na ordenação/compactação das caudas de DPPG, aumento do espaçamento entre as moléculas e de defeitos gauche. Conclui-se que derivados O-acilados de quitosana têm maior efeito sobre modelos de membrana, principalmente devido às forças hidrofóbicas, sendo mais adequados em aplicações biológicas que dependam dessa interação. Também favorece a interação com a membrana a atração eletrostática, com efeitos mais relevantes para quitosanas de menores massas moleculares. / Many biological applications of chitosan depend on its interaction with cell membranes, whose mechanism at the molecular level is not known. In this thesis, Langmuir films from the phospholipids dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC), dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) and dimyristoyl phosphatidic acid (DMPA) were used to mimic the cell membrane, and effects from the hydroxyl and amine groups in chitosan on the film properties were evaluated. For this, O-acylchitosans were produced by acylation reaction, resulting in the derivatives 3,6 - O,O\' - diacetylchitosan (DECT) and 3,6 - O,O\'- dipropionylchitosan (DPPCT), which are soluble in acidic aqueous solution, and 3,6 - O,O\'- dimyristoylchitosan (DMCT) and 3,6 - O,O\'- dipalmitoylchitosan (DPCT), soluble in chloroform. DECT and DPPCT affect the surface pressure and elasticity of the films more strongly than chitosan, especially DPPCT that is more hydrophobic. This indicates that hydrogen bonds involving the hydroxyl groups from chitosan are not essential for the interaction. Polarization-modulated infrared reflection absorption (PM-IRRAS) spectra confirmed hydrophobic interactions with penetration of derivatives between the phospholipid molecules. DECT induces ordering in the chains, while the opposite occurs for DPPCT. DMCT and DPCT form highly compressed films with aggregation, as shown by surface pressure and surface potential isotherms. The results on the importance of amino groups were inconclusive because the attractive behavior between materials may be due to either the oppositely charged groups or hydrophobic interactions. Chitosans with different molecular weights (high - CHMW and low - CLMW) were used to obtain information about the chitosan and phospholipids chemical groups orientation and polymer conformation in solution. PM-IRRAS spectra indicate greater effect from QBMM on DPPG monolayers, causing a decrease in intensity and shift to higher wavenumbers of the CH bands, inversion in the orientation of the P=O group from DPPG and greater intensity of the amide II band, suggesting greater density of these groups at the interface. The sum-frequency generation (SFG) spectra showed a decrease in ordering/packing of the DPPG chains, increased spacing between molecules and gauche defects. Overall, the O-acyl derivatives of chitosan have greater effect on cell membrane models, owing to hydrophobic forces, being therefore more suitable for biological applications that depend on this interaction. Also important for the interaction is the electrostatic attraction, with more relevant effects observed with low-molecular weight chitosans.

Nanotecnologia é o conjunto de conhecimentos acumulados pelo homem que permite controlar a produção de estruturas com uma ou mais dimensões nanométricas. Desde seus primórdios na década de 70, a nanotecnologia tem estado em constante ascensão, encontrando uma diversidade enorme de aplicações, como por exemplo em medicina e na indústria optoeletrônica. Por consequência, a demanda por equipamentos tanto de preparo como de caracterização/controle tem crescido exponencialmente. O uso da radiação X no estudo de dispositivos nanoestruturados tem sido, em grande parte, possível gra- ças as fontes síncrotrons com feixes intensos. Mas a disponibilidade desses laboratórios de alta tecnologia está aquém da crescente demanda das pesquisas em nanotecnologia, as quais precisam de técnicas de análise estrutural rápidas e de fácil acesso para otimização e controle da produção de dispositivos nanoestruturados. Com foco nessa falta por técnicas de análise estrutural, esta dissertação tem como objetivo avaliar quais parâmetros básicos de nanodispositivos, com substratos monocristalinos, podem ser investigados por meio de técnicas de difração de raios X utilizando fontes compactas de radiação, bem como avaliar as limitações instrumentais. / X-ray radiation has provided a powerful tool for analyzing the structure of materials at atomic scale. While many are fascinated with the perspectives oered by advanced X-ray sources, the practical aspects of these perspectives in the actual and future scenery of nanotechnology needs to be discussed. Nanotechnology, i.e. the capacity of controlling matter at atomic-molecular scales and manufacturing structures with dimensions of a few tens of nanometers, has provided a constant challenge for structural analysis via X-ray techniques. The great diversity of materials and methods derived from nanotechnology is generating a huge demand for time of analysis, much beyond of that can be supplied by synchrotron facilities worldwide. In optimizing nanostructured materials and devices processing methods, fast and easy-access techniques to control and characterization are required. Microscopy and spectroscopy techniques are very important in this scenery, but they have intrinsic limitations that have justied the search for high-resolution techniques of structural analysis, such as those obtained by diraction of X-rays. The use of Xradiation in the study of nanostructured device has been possible by synchrotron sources due to the high intense beams. But the availability of these high tech laboratories falls short of the growing demand for nanotechnology research. In this context, this dissertation intend evaluate which basic parameters of nanodevices with single crystal substrates can be investigated by techniques of X-ray diraction using compact radiation sources as well how to evaluate the instrumental limitations .

Este trabalho visa ao entendimento da interação de capsaicinóides com membranas celulares utilizando sistemas modelo. Dentre os alcalóides derivados de plantas do gênero Capsicum, a capsaicina e a dihidrocapsaicina respondem por 90% dos capsaicinóides, que são usados como analgésicos e antiinflamatórios, devido a sua interação específica com receptores. O mecanismo neurofarmacológico já foi bastante estudado, mas o modo de ação não neural ainda não foi elucidado. Usamos extratos brutos (EBs) de pimenta malagueta e de dedo-de-moça, que têm atividade superficial, e afetaram monocamadas de Langmuir de fosfatidil colina de dipalmitoíla (DPPC) e fosfatidil glicerol de dipalmitoíla (DPPG). Tais efeitos não tiveram dependência expressiva com a carga, pois o EB de dedo-de-moça interagiu mais fortemente com o DPPC do que com o DPPG, ao passo que o contrário se verificou para o EB de malagueta. Também não houve diferença significativa entre os EBs das duas pimentas. Nas monocamadas de Langmuir representativas para a bactéria S. aureus, ambos os EBs tiveram efeito, tanto nas isotermas de pressão quanto nos resultados de espectroscopia de absorção e reflexão no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS), sem distinção significativa entre malagueta e dedo-de-moça. No entanto, as medidas de vazamento com lipossomos mostraram maior interação com o EB de dedo-de-moça, o que é consistente com a atividade bactericida para S. aureus. De fato, a concentração inibitória mínima (MIC) foi 0,13 mg mL-1 para o EB da pimenta dedo-de moça e 4,0 mg mL-1 para o EB de malagueta. Para a E. coli, os EBs interagiram com as monocamadas de Langmuir sem diferenças dignas de nota para as duas pimentas, e nas medidas de vazamento o efeito maior foi para a dedo-de-moça. Não houve efeito bactericida para nenhum dos extratos. Isso se explica porque bactérias gram-negativas, como a E. coli, têm uma camada externa protetora de lipossacarídeos (LPS). Das medidas de monocamadas de Langmuir representativas da camada de LPS, observou-se pouca incorporação dos EBs. Conclui-se, assim, que os EBs não conseguem causar rompimento da camada de LPS. Do conjunto dos resultados, infere-se que o mecanismo de ação para a S. aureus envolve solubilização parcial da membrana, e não há relação entre pungência e atividade bactericida, pois a pimenta dedo-de-moça, que é menos pungente, teve maior efeito do que a malagueta. Depreende-se, também, que a ação de extratos de pimenta deve depender da interação com receptores na membrana, o que explica porque o uso de tais extratos tem sido principalmente em aplicações tópicas. / This study is aimed at understanding the interaction of capsaicinoids with cell membranes using model systems. Among the alkaloids derived from plants of the genus Capsicum, capsaicin and dihydrocapsaicin account for 90% of capsaicinoids, which are used as analgesic and anti-inflammatory due to their interaction with specific receptors. The neuropharmacological mechanism has been well studied, but the non-neural mode of action has not been elucidated. Here, we use crude extracts (EBs) of malagueta and dedo-de-moça chilli peppers, which are surface active, and affected Langmuir monolayers of dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG). Such effects did not depend on the charge, since EB from dedo-de-moça interacted more strongly with DPPC than with DPPG, while the opposite applied for malagueta. In addition, there was no significant difference between the two EBs. For Langmuir monolayers representing the bacteria S. aureus, both EBs affected the surface pressure isotherms and the polarizationmodulated infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) data, without significant distinction between dedo-de-moça and malagueta. However, in the leakage measurements with liposomes the EB from dedo-de-moça was more efficient in rupturing the liposome, which is consistent with the bactericidal activity for S. aureus. In fact, the minimum inhibitory concentration (MIC) was 0.13 mg mL-1 for dedo-de-moça and 4.0 mg mL-1 for malagueta. For the Langmuir monolayers mimicking the E. coli membrane, the EBs interacted much in the same way, while the EB from dedo-de-moça caused larger leakage in liposomes. There was no bactericidal effect of the EBs. This is explained by the fact that gram-negative bacteria, such as E. coli, have a protective outer layer of liposaccharides (LPS). In monolayers representing LPS, there was little incorporation of EBs, from which one infers that the EBs cannot cause disruption of the LPS layer. Taking all these results together, it appears that the mechanism of action for S. aureus involves partial solubilization of the membrane. Furthermore, there is no relationship between pungency and bactericidal activity because dedo-de-moça, which is less pungent, had greater effect than malagueta. It seems also that the action of pepper extracts must depend on the interaction with membrane receptors, which explains why the use of such extracts has been essentially in topical applications.

O ibuprofeno é um antiinflamatório não esteróide, com baixa solubilidade em água, que apresenta diversos efeitos colaterais, incluindo lesão gástrica e intestinal. Esses efeitos podem depender da interação com a membrana celular, o que nos motivou a investigar, na primeira parte deste trabalho, a incorporação do ibuprofeno em monocamadas de Langmuir como modelos de membrana celular. Monocamadas de dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC) co-espalhadas com o ibuprofeno ou depositadas sobre subfases contendo o fármaco foram estudadas por meio das isotermas de pressão e potencial de superfície. Foram observados efeitos significativos para monocamadas de DPPC, particularmente na transição de fase líquido-expandida para líquido-condensada, com modificações relevantes na elasticidade da monocamada. Esses efeitos aumentaram com a concentração do ibuprofeno. Para os dois tipos de fosfolipídios, o ibuprofeno pôde penetrar na região hidrofóbica, o que foi confirmado por espectroscopia de reflexão e absorção no infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS), indicando assim a presença de interações hidrofóbicas. A análise por microscopia no ângulo de Brewster (BAM) mostrou que o ibuprofeno impede a formação de grandes domínios de DPPC, enquanto que não foram observadas alterações significativas para o DPPG. A interação entre o ibuprofeno e o DPPG também foi confirmada após a imobilização da monocamada mista em filmes LB com alterações na absorção no UV-Vis da molécula de ibuprofeno. No que diz respeito às implicações biológicas, a ação farmacológica que depende diretamente da interação com a membrana deve ocorrer primeiramente em regiões neutras via penetração do ibuprofeno na região hidrofóbica da membrana celular. A segunda parte deste trabalho foi dedicada à interação de capsaicinóides extraídos da pimenta malagueta com monocamadas de Langmuir constituídas de DPPG e DPPC. A capsaicina é um potente analgésico de uso tópico, que pode causar dessensibilização no local de aplicação dependendo da dose e, portanto há interesse na sua incorporação em sistemas de liberação controlada, como os lipossomos. A técnica de Langmuir foi empregada para verificar essa possibilidade. Os capsaicinóides expandiram as monocamadas de DPPG e aumentaram sua elasticidade. As isotermas de potencial de superfície indicaram que os capsaicinóides provocam aumento de 10% no momento de dipolo numa concentração de 30% em mol. Para os filmes mistos de DPPC e capsaicinóides, a área mínima diminuiu e a elasticidade da monocamada aumentou. De acordo com as isotermas de potencial, os momentos de dipolo diminuíram para as monocamadas de DPPC independentemente da concentração de capsaicinóides. Esses resultados sugerem que as moléculas de DPPC são solubilizadas para a subfase na presença do fármaco. A partir destes resultados, conclui-se que os capsaicinóides podem ser incorporados em estruturas lipídicas, constituídas principalmente de DPPG, o que é relevante para uso em sistemas de liberação de fármacos. / Ibuprofen is a nonsteroidal anti-inflammatory drug, with low solubility in water, which exhibits side effects including gastric and intestinal injury, often irreversible. Some of these effects may depend on the interaction with the cell membrane, which motivated us to investigate the incorporation of ibuprofen in Langmuir monolayers as cell membrane models, in the first part of this thesis. Dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) or dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) monolayers co-spread with ibuprofen or deposited on ibuprofen-containing aqueous subphases were studied using surface pressure and surface potential isotherms. Significant effects were observed for DPPC monolayers, particularly at the liquid-expanded to liquid-condensed phase transition, with relevant changes in the elasticity of the monolayer. These effects increased with the ibuprofen concentration. For both types of phospholipids, ibuprofen could penetrate into the hydrophobic part of the monolayer, which was confirmed with polarization-modulated infrared reflection absorption spectroscopy (PM-IRRAS), thus indicating the presence of hydrophobic interactions. BAM images showed that ibuprofen prevents the formation of large domains of DPPC, while no significant changes were observed for DPPG. The interaction between DPPG-ibuprofen was also confirmed for deposited layers in the form of LB films, with changes in the ibuprofen UV-Vis absorption. As for the biological implications, the pharmacological action depending directly on the membrane interaction should occur primarily with zwitterionic regions of the membrane via penetration of ibuprofen in the hydrophobic part of the monolayer. The second part of this thesis is dedicated to the interaction of capsaicinoids, extracted from malagueta pepper, with Langmuir monolayers of DPPC and DPPG. Capsaicin is a powerful analgesic of topical use, which can cause desensitization in the application site depending on the dose, and therefore there is interest in its incorporation in drug delivery systems, such as liposomes. The Langmuir technique was employed to verify this possibility. The capsaicinoids expanded the DPPG monolayer and increased its elasticity. Surface potential isotherms indicated that the capsaicinoids increased the average dipole moment by 10 % for 30 mol % of capsaicinoids. For the mixed films of DPPC and capsaicinoids, the minimum area decreased and the elasticity increased. According to the surface potential isotherms, the dipole moments decreased for DPPC monolayers regardless of the capsaicinoid concentrations. These results suggest that the DPPC molecules are solubilized into the subphase in the presence of the drug. From these results, it is concluded that the capsaicinoids can be incorporated into structures as the liposomes constituted mainly of DPPG, which is relevant for use in drug delivery systems.

Orientador: Pablo A. Fiorito / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia/Química.

Este trabalho visa ao entendimento da interação de capsaicinóides com membranas celulares utilizando sistemas modelo. Dentre os alcalóides derivados de plantas do gênero Capsicum, a capsaicina e a dihidrocapsaicina respondem por 90% dos capsaicinóides, que são usados como analgésicos e antiinflamatórios, devido a sua interação específica com receptores. O mecanismo neurofarmacológico já foi bastante estudado, mas o modo de ação não neural ainda não foi elucidado. Usamos extratos brutos (EBs) de pimenta malagueta e de dedo-de-moça, que têm atividade superficial, e afetaram monocamadas de Langmuir de fosfatidil colina de dipalmitoíla (DPPC) e fosfatidil glicerol de dipalmitoíla (DPPG). Tais efeitos não tiveram dependência expressiva com a carga, pois o EB de dedo-de-moça interagiu mais fortemente com o DPPC do que com o DPPG, ao passo que o contrário se verificou para o EB de malagueta. Também não houve diferença significativa entre os EBs das duas pimentas. Nas monocamadas de Langmuir representativas para a bactéria S. aureus, ambos os EBs tiveram efeito, tanto nas isotermas de pressão quanto nos resultados de espectroscopia de absorção e reflexão no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS), sem distinção significativa entre malagueta e dedo-de-moça. No entanto, as medidas de vazamento com lipossomos mostraram maior interação com o EB de dedo-de-moça, o que é consistente com a atividade bactericida para S. aureus. De fato, a concentração inibitória mínima (MIC) foi 0,13 mg mL-1 para o EB da pimenta dedo-de moça e 4,0 mg mL-1 para o EB de malagueta. Para a E. coli, os EBs interagiram com as monocamadas de Langmuir sem diferenças dignas de nota para as duas pimentas, e nas medidas de vazamento o efeito maior foi para a dedo-de-moça. Não houve efeito bactericida para nenhum dos extratos. Isso se explica porque bactérias gram-negativas, como a E. coli, têm uma camada externa protetora de lipossacarídeos (LPS). Das medidas de monocamadas de Langmuir representativas da camada de LPS, observou-se pouca incorporação dos EBs. Conclui-se, assim, que os EBs não conseguem causar rompimento da camada de LPS. Do conjunto dos resultados, infere-se que o mecanismo de ação para a S. aureus envolve solubilização parcial da membrana, e não há relação entre pungência e atividade bactericida, pois a pimenta dedo-de-moça, que é menos pungente, teve maior efeito do que a malagueta. Depreende-se, também, que a ação de extratos de pimenta deve depender da interação com receptores na membrana, o que explica porque o uso de tais extratos tem sido principalmente em aplicações tópicas. / This study is aimed at understanding the interaction of capsaicinoids with cell membranes using model systems. Among the alkaloids derived from plants of the genus Capsicum, capsaicin and dihydrocapsaicin account for 90% of capsaicinoids, which are used as analgesic and anti-inflammatory due to their interaction with specific receptors. The neuropharmacological mechanism has been well studied, but the non-neural mode of action has not been elucidated. Here, we use crude extracts (EBs) of malagueta and dedo-de-moça chilli peppers, which are surface active, and affected Langmuir monolayers of dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG). Such effects did not depend on the charge, since EB from dedo-de-moça interacted more strongly with DPPC than with DPPG, while the opposite applied for malagueta. In addition, there was no significant difference between the two EBs. For Langmuir monolayers representing the bacteria S. aureus, both EBs affected the surface pressure isotherms and the polarizationmodulated infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) data, without significant distinction between dedo-de-moça and malagueta. However, in the leakage measurements with liposomes the EB from dedo-de-moça was more efficient in rupturing the liposome, which is consistent with the bactericidal activity for S. aureus. In fact, the minimum inhibitory concentration (MIC) was 0.13 mg mL-1 for dedo-de-moça and 4.0 mg mL-1 for malagueta. For the Langmuir monolayers mimicking the E. coli membrane, the EBs interacted much in the same way, while the EB from dedo-de-moça caused larger leakage in liposomes. There was no bactericidal effect of the EBs. This is explained by the fact that gram-negative bacteria, such as E. coli, have a protective outer layer of liposaccharides (LPS). In monolayers representing LPS, there was little incorporation of EBs, from which one infers that the EBs cannot cause disruption of the LPS layer. Taking all these results together, it appears that the mechanism of action for S. aureus involves partial solubilization of the membrane. Furthermore, there is no relationship between pungency and bactericidal activity because dedo-de-moça, which is less pungent, had greater effect than malagueta. It seems also that the action of pepper extracts must depend on the interaction with membrane receptors, which explains why the use of such extracts has been essentially in topical applications.

Submitted by Veronica Neshmi Salaues Mendoza (neshmi_salaues@hotmail.com) on 2018-04-18T15:18:38Z No. of bitstreams: 1 Salaues_M_Dissert_Araraiq.pdf: 2461056 bytes, checksum: b0790442c72a5c574565c09b578075df (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2018-04-18T19:43:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mendonza_vns_me_araiq_int.pdf: 2392917 bytes, checksum: 3697fdc59d96b5ae59f7207b7abe76e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T19:43:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mendonza_vns_me_araiq_int.pdf: 2392917 bytes, checksum: 3697fdc59d96b5ae59f7207b7abe76e6 (MD5) Previous issue date: 2018-03-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O sucesso no tratamento de muitos tipos doenças passa pela detecção seletiva e sensível de biomarcadores proteicos que permitam um diagnóstico precoce. A dengue é uma doença infecciosa de diagnóstico clínico impreciso e diagnóstico laboratorial demorado e custoso, a qual não possui tratamento ou vacina efetivos. Portanto se requer de ferramentas diagnósticas precisas, baratas e portáveis que permitam o diagnóstico rápido para realizar um tratamento adequado de sintomas e identificar os focos infecciosos para prevenir o espalhamento da doença. Um biomarcador útil na detecção da dengue, é a proteína NS1 que vem sendo utilizada com sucesso em diferentes plataformas de diagnóstico. Porém, nenhuma das plataformas oferecidas a nível comercial, consegue combinar a precisão, portabilidade, baixo custo e facilidade de manuseio. Portanto, o melhoramento de ditas ferramentas é o foco de bastantes pesquisas. Neste trabalho se apresenta uma plataforma que se amostra útil para a detecção de diferentes biomarcadores, incluindo a proteína NS1. Esta plataforma combina o uso de uma técnica eletroquímica como é a Espectroscopia de Capacitância Eletroquímica (ECE), com o uso de peptídeos redox e está baseada na funcionalização de eletrodos de ouro mediante formação de monocamadas auto-organizadas (SAM) confeccionadas com um peptídeo redox (Fc-Glu-Gli-Ser-Gli-Ser-Cys) desenhado para ser ancorado em superfícies metálicas, ao mesmo tempo que tem capacidade de ancorar uma sonda redox e um bioreceptor na mesma estrutura/molécula, com a vantagem adicional que a SAM obtida tem propriedades anti-incrustantes desejáveis em biossensoriamento. Ensaios realizados com a proteína NS1 permitiram a detecção de esta proteína em concentrações de 2 µg/ml. / Success in the treatment of many kinds of illnesses depends on the selective and sensitive detection of protein biomarkers that allow an early diagnosis. Dengue is and infectious disease of imprecise clinical diagnostic and delayed and expensive laboratorial diagnostic. This disease does not have an effective vaccine or treatment. Therefore, precise, cheap and portable diagnostic tools are necessary to allow a fast diagnostic in order to treat the symptoms, identify focuses of infection, and thus prevent the spreading of the disease. A useful biomarker in the detection of dengue is the protein NS1, which has been successfully used in different diagnostic platforms. However, none of the commercially available platforms combines precision, portability, low cost and user friendliness. Consequently, the improvement of such tools is object of ample research. This work, introduces a platform, which is useful for the detection of various biomarkers, including the protein NS1. This platform combines the usage of an electrochemical technique such as Electrochemical Capacitance Spectroscopy (ECS) and the use of redox peptides. It is based in the functionalization of gold electrodes through formation of Self Assembled Monolayers (SAM) formed by a redox peptide (Fc-Glu-Gli-Ser-Gli-Ser-Cys) designed to bind to metallic surfaces as well as to anchor a redox probe and a bioreceptor in the same structure/molecule. It presents the additional advantage of forming anti-fowling SAMs, which is a highly desirable property for biosensing. Tests made with NS1 protein allowed the detection of this protein in concentrations as low as 2 µg/ml. / 190233/2015-0